Лабораторная работа № 2.

Культивирование продуцента антибиотика в поверхностной и глубинной культуре.

1. Наши цели в этой работе:

• Усвоить основные сведения о глубинной ферментации микроорганизмов и основных влияющих на этот процесс факторах.

• Проанализировать содержание редуцирующих сахаров в исходной жидкой питательной среде.

• В асептичных условиях провести посев продуцента на жидкую, агризованную питательные среды, сыпучий субстрат.

2.Теоретический обзор:

Основные продукты жизнедеятельности микроорганизмов, полезные для человека - антибиотики, ферменты, витамины, аминокислоты и другие вещества.

Антибиотик — вещество микробного, животного или растительного происхождения, способное подавлять рост микроорганизмов или вызывать их гибель.

Антибиотики природного происхождения чаще всего продуцируются актиномицетами, реже — немицелиальными бактериями.

Некоторые антибиотики оказывают сильное подавляющее действие на рост и размножение бактерий и при этом относительно мало повреждают или вовсе не повреждают клетки макроорганизма, и поэтому применяются в качестве лекарственных средств.

Некоторые антибиотики используются в качестве цитостатических (противоопухолевых) препаратов при лечении онкологических заболеваний.

Антибиотики не воздействуют на вирусы, и поэтому бесполезны при лечении заболеваний, вызываемых вирусами (например, грипп, гепатиты А, В, С, ветряная оспа, герпес, краснуха, корь).

Ферменты (энзимы) - белковые молекулы или молекулы РНК (рибозимы) или их комплексы, ускоряющие (катализирующие) химические реакции в живых системах.

 Реагенты в реакции, катализируемой ферментами, называются субстратами, а получающиеся вещества — продуктами. Ферменты специфичны к субстратам

Технология микробного синтеза – наука, изучающая процессы и методы переработки микроорганизмами или продуктами их жизнедеятельности исходного сырья в БАВ.

Ферментация (культивирование микроорганизмов) бывает двух видов :

• поверхностная

• глубинная

Устройство ферментатора периодического действия.

(1 — турбинная трехъярусная мешалка, 2 — охлаждающий змеевик. 3 — секционная рубашка. 4 — отражательная перегородка. 5 - барботер. П-пар); I—XI — материальные и вспомогательные трубопроводы с запорно-регулирующими устройствами (I — посевная линия. I —подача стерильного сжатого воздуха. III — подача пара, IV — удаление отработанного воздуха. V — загрузочная линия, VI — линия введения добавок, VII подача пеногаситсля, VIII — подача моющего раствора. IX — пробоотборник. X -выдача продукта, XI — выдача в канализацию через нижний спуск).

Поверхностная ферментация

• выращивание микроорганизма на поверхности плотной или жидкой питательной среды или сыпучего субстрата

Периодический процесс, так как заканчивается за определённый период времени.

на агаризованной среде

расплавленную среду стерильно разливают по чашкам Петри, засевают микроорганизм - продуцент и термостатируют при оптимальной для него температуре.

на сыпучем субстрате

субстрат равномерно распределяют в специальной кювете (противне) или колбе, засевают культуру продуцента, термостатируют. Выращивание продолжается в течение нескольких дней.

на жидкой питательной среде

реализуется в кюветах со средой, помещенных в вентилированные воздухом камеры. Культура микроорганизмов при этом образует биомассу в виде пленки или твердого слоя на поверхности жидкой среды. Культура потребляет кислород непосредственно из газовой фазы — воздуха. Массообмен в таких условиях малоинтенсивный.

Глубинная ферментация

- выращивание продуцента во всём объёме питательной среды.

в промышленные условиях – в ферментаторе, в лаборатории – в качалочной колбе на качалке.

периодический способ

в ферментатор одновременно загружается вся питательная среда, вносится продуцент, проводится термостатирование в течение определённого периода. По окончании процесса сливают содержимое ферментатора и выделяют целевой продукт.

непрерывный способ

производится непрерывное добавление питательной среды и слив культуральной жидкости.

отъёмно – долевой способ

при активно протекающем процессе продолжают подливать питательную среду с соответствующими предварительными отъемами жидкости.

Основные факторы среды, определяющие рост и биосинтетическую активность продуцентов

Фактор	Роль при культивировании	Методы управления фактором
Состав и концентрация питательных веществ	Обеспечивает метаболизм	Составление оптимальной композиции; подпитка во время ферментации; непрерывность процесса; многостадийность с учетом потребностей продуцента по фазам развития и др.
Концентрация продуктов и ингибиторов	Замедляет биохимические реакции	Осаждение продукта по мере накопления; ферментация с диализом; ферментация под разрежением с испарением летучего продукта и др.
рН	Оптимизирует скорости биохимических реакций	Регулирование путем добавления кислоты или щелочи
Температура	Оптимизирует скорости биохимических реакций	Охлаждение или подогрев культуральной жидкости при помощи теплообменников или температуры подаваемых в биореактор субстратов
Осмотическое давление или активность воды	Определяет границы жизни (составляет 0,6-0,998)	Составление сред с оптимальной концентрацией питательных веществ или влажностью твердой среды; поддержание на постоянном уровне во время ферментации путем разбавления водой или добавлением отдельных компонентов
Содержание растворенного кислорода	Для аэробов обеспечивает аэробный метаболизм; является акцептором Н+; ингибирует развитие анаэробов	Для аэробных процессов регулируют интенсивностью аэрации или добавлением к газовой смеси кислорода. Анаэробные процессы реализуют в бескислородной среде
Содержание диоксида углерода	Источник углерода для автотрофов; некоторые гетеротрофы нуждаются, а некоторые замедляют метаболизм в присутствии СО2	Продувание в фотосинтезирующих процессах ферментации газовой средой, обогащенной СО2; выделению СО2 из жидкой фазы способствует перемешивание
Перемешивание среды	Равномерное распределение питательных веществ и биомассы по всему пространству среды	Организуют макро- и микроперемешивание при помощи механических мешалок, барботажных, циркуляционных и других систем
Вязкость среды	Определяет диффузию питательных веществ и перемешивание клеток продуцента	Регулирование компонентами питания, характером и концентрацией биомассы, наличием некоторых полимерных продуктов. Вязкость влияет на перемешивание и аэрацию; требуются специальные технические средства